JP2003068663A - 半導体結晶膜の製造方法 - Google Patents
半導体結晶膜の製造方法Info
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- JP2003068663A JP2003068663A JP2002169672A JP2002169672A JP2003068663A JP 2003068663 A JP2003068663 A JP 2003068663A JP 2002169672 A JP2002169672 A JP 2002169672A JP 2002169672 A JP2002169672 A JP 2002169672A JP 2003068663 A JP2003068663 A JP 2003068663A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高いＧｅ含有率を有しながら格子位置Ｃを高
い割合で含有するＳｉ1- x-yＧｅxＣy 層からなる半導体
結晶膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 結晶を成長させる基板上に、原料ガスと
原子状水素とを交互に供給する。原子状水素を基板上に
暴露することにより、成長が起こっている最表面に存在
するＧｅ原子のうちＨ原子が付着しているＧｅ原子の割
合は、原子状水素暴露前よりも増加する。最表面のＧｅ
原子にＨ原子が付着すると、そのＧｅ原子と、その下層
に存在するＳｉ原子とが入れ替わる現象がおこるので、
原子状水素を暴露しない従来の製造方法よりも、より多
くの割合のＧｅ原子がＳｉ原子と入れ替わることにな
る。その結果、結晶が成長している最表面においてＧｅ
原子の占める割合を少なくすることができ、Ｇｅ原子と
相性の悪いＣ原子が、結晶の格子位置に入りやすくな
る。
い割合で含有するＳｉ1- x-yＧｅxＣy 層からなる半導体
結晶膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 結晶を成長させる基板上に、原料ガスと
原子状水素とを交互に供給する。原子状水素を基板上に
暴露することにより、成長が起こっている最表面に存在
するＧｅ原子のうちＨ原子が付着しているＧｅ原子の割
合は、原子状水素暴露前よりも増加する。最表面のＧｅ
原子にＨ原子が付着すると、そのＧｅ原子と、その下層
に存在するＳｉ原子とが入れ替わる現象がおこるので、
原子状水素を暴露しない従来の製造方法よりも、より多
くの割合のＧｅ原子がＳｉ原子と入れ替わることにな
る。その結果、結晶が成長している最表面においてＧｅ
原子の占める割合を少なくすることができ、Ｇｅ原子と
相性の悪いＣ原子が、結晶の格子位置に入りやすくな
る。
Description
【０００１】
【従来の技術】Ｓｉ結晶を使った半導体デバイスが多機
能性、高速性を次々と実現してきたのは、主として素子
の微細化によるところが大きい。今後もデバイス性能の
向上のためには、更なる微細化を進める必要があるが、
デバイスの微細化を今以上に進めるには、技術的に乗り
越えなければならない課題が多く存在する。さらに、い
くら微細化を行っても、デバイスの最高性能は、Ｓｉ結
晶という材料のもつ物理的特性（例えば、移動度）によ
って制約をうける。つまり、Ｓｉ結晶という材料を使う
限り、飛躍的にデバイス性能を向上させるのは難しいと
言える。
能性、高速性を次々と実現してきたのは、主として素子
の微細化によるところが大きい。今後もデバイス性能の
向上のためには、更なる微細化を進める必要があるが、
デバイスの微細化を今以上に進めるには、技術的に乗り
越えなければならない課題が多く存在する。さらに、い
くら微細化を行っても、デバイスの最高性能は、Ｓｉ結
晶という材料のもつ物理的特性（例えば、移動度）によ
って制約をうける。つまり、Ｓｉ結晶という材料を使う
限り、飛躍的にデバイス性能を向上させるのは難しいと
言える。
【０００２】そこで、近年、微細化という手法ではな
く、IV族元素混晶半導体を使用したデバイスが注目され
ている。中でも、Ｃを含有するIV族元素混晶半導体のシ
リコンゲルマニウムカーボン(Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy ：０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）に関する研究が最近盛んに行わ
れるようになってきている。Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶
は、実際にデバイスに応用されているシリコンゲルマニ
ウム（Ｓｉ1-xＧｅx ：０≦ｘ≦１）結晶を改良した材
料としてとらえることができる。このＳｉ1-x-yＧｅxＣ
y結晶は、Ｓｉ1-xＧｅx結晶と比較して以下のような優
れた特性を有している。
く、IV族元素混晶半導体を使用したデバイスが注目され
ている。中でも、Ｃを含有するIV族元素混晶半導体のシ
リコンゲルマニウムカーボン(Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy ：０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）に関する研究が最近盛んに行わ
れるようになってきている。Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶
は、実際にデバイスに応用されているシリコンゲルマニ
ウム（Ｓｉ1-xＧｅx ：０≦ｘ≦１）結晶を改良した材
料としてとらえることができる。このＳｉ1-x-yＧｅxＣ
y結晶は、Ｓｉ1-xＧｅx結晶と比較して以下のような優
れた特性を有している。
【０００３】まず第１の特性として、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣ
y 結晶はＳｉ1-xＧｅx結晶と比較してＳｉ結晶とヘテロ
接合した際の圧縮歪みが小さいという特性を有している
が、その理由を以下に述べる。
y 結晶はＳｉ1-xＧｅx結晶と比較してＳｉ結晶とヘテロ
接合した際の圧縮歪みが小さいという特性を有している
が、その理由を以下に述べる。
【０００４】Ｓｉ1-xＧｅx 結晶とＳｉ結晶とによりヘ
テロ接合が形成されると、Ｓｉ1-xＧｅx 結晶はＳｉ結
晶より格子定数が大きいため大きな圧縮歪が発生しやす
い。この圧縮歪が結晶内に生じると転位が発生しやすく
なることから、臨界膜厚の値が小さくなり転位の発生を
伴わずに堆積できる膜の厚さが制限され、さらに結晶の
熱処理を行う際に転位の発生を伴う緩和が起こりやすく
なる。ところが一方、このＳｉ1-xＧｅx 結晶にＳｉや
Ｇｅより原子半径の小さなＣを加えたＳｉ1-x-yＧｅxＣ
y 結晶の格子定数はＳｉ1-xＧｅx 結晶より小さい。こ
のことから、Ｓｉ結晶上にエピタキシャル成長されたＳ
ｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶とＳｉ結晶とのへテロ結晶におい
て、大きな圧縮歪は生じにくく、熱的耐性も高くなると
考えられている。さらに、Ｇｅ組成比ｘの１／８程度の
Ｃ組成比ｙを有するＳｉ1-x-yＧｅxＣ y 結晶では、Ｓｉ
結晶と格子整合させることが可能となる。
テロ接合が形成されると、Ｓｉ1-xＧｅx 結晶はＳｉ結
晶より格子定数が大きいため大きな圧縮歪が発生しやす
い。この圧縮歪が結晶内に生じると転位が発生しやすく
なることから、臨界膜厚の値が小さくなり転位の発生を
伴わずに堆積できる膜の厚さが制限され、さらに結晶の
熱処理を行う際に転位の発生を伴う緩和が起こりやすく
なる。ところが一方、このＳｉ1-xＧｅx 結晶にＳｉや
Ｇｅより原子半径の小さなＣを加えたＳｉ1-x-yＧｅxＣ
y 結晶の格子定数はＳｉ1-xＧｅx 結晶より小さい。こ
のことから、Ｓｉ結晶上にエピタキシャル成長されたＳ
ｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶とＳｉ結晶とのへテロ結晶におい
て、大きな圧縮歪は生じにくく、熱的耐性も高くなると
考えられている。さらに、Ｇｅ組成比ｘの１／８程度の
Ｃ組成比ｙを有するＳｉ1-x-yＧｅxＣ y 結晶では、Ｓｉ
結晶と格子整合させることが可能となる。
【０００５】そして、第２の特性として、Ｓｉ1-x-yＧ
ｅxＣy 結晶は、以下に述べるように、Ｓｉ結晶とヘテ
ロ接合を形成した際に伝導帯及び価電子帯の双方にバン
ドオフセットが生じるという特性を有している。
ｅxＣy 結晶は、以下に述べるように、Ｓｉ結晶とヘテ
ロ接合を形成した際に伝導帯及び価電子帯の双方にバン
ドオフセットが生じるという特性を有している。
【０００６】まず、Ｓｉ1-xＧｅx結晶とＳｉ結晶とがヘ
テロ接合を形成すると、ヘテロ結晶のバンド構造におい
てバンドオフセットはＳｉ1-xＧｅx結晶の価電子帯領域
のみに発生し伝導帯領域には発生しないので、Ｓｉ1-x
Ｇｅx結晶部分をチャネルとした高速ＭＯＳトランジス
タを形成する場合、ｐチャネルのトランジスタは作製で
きるが、ｎチャネルのトランジスタは作製できない。そ
れに対して、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶とＳｉ結晶とがヘ
テロ接合を形成すると、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy結晶のＧｅ
含有率及びＣ含有率が高い場合には（Ｇｅ含有率が数十
ａｔ.%、かつＣ含有率が数ａｔ.%以上の場合）、価電子
帯と伝導帯との両方にバンドオフセットが生じるという
報告がある (K.Brunner et al.， J.Vac.Sci.Technol.
B16， 1701(1998))。この場合、キャリアの閉じこめ
は、伝導帯と価電子帯のいずれにおいても可能となり、
ｐチャネルのみならずｎチャネルトランジスタの作製も
可能となる。
テロ接合を形成すると、ヘテロ結晶のバンド構造におい
てバンドオフセットはＳｉ1-xＧｅx結晶の価電子帯領域
のみに発生し伝導帯領域には発生しないので、Ｓｉ1-x
Ｇｅx結晶部分をチャネルとした高速ＭＯＳトランジス
タを形成する場合、ｐチャネルのトランジスタは作製で
きるが、ｎチャネルのトランジスタは作製できない。そ
れに対して、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶とＳｉ結晶とがヘ
テロ接合を形成すると、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy結晶のＧｅ
含有率及びＣ含有率が高い場合には（Ｇｅ含有率が数十
ａｔ.%、かつＣ含有率が数ａｔ.%以上の場合）、価電子
帯と伝導帯との両方にバンドオフセットが生じるという
報告がある (K.Brunner et al.， J.Vac.Sci.Technol.
B16， 1701(1998))。この場合、キャリアの閉じこめ
は、伝導帯と価電子帯のいずれにおいても可能となり、
ｐチャネルのみならずｎチャネルトランジスタの作製も
可能となる。
【０００７】次に、第３の特性として、ＣはＢ（ホウ
素）等の不純物の拡散を抑制するという特性を有してい
る。この性質は、Ｂのプロファイルを適切に制御する必
要のあるデバイスを作製する上で非常に有効に機能し、
半導体デバイスの製造プロセスの安定化を行う際にも有
用である。例えば、ベース領域の狭い超高速ｎｐｎバイ
ポーラトランジスタやδドーピングを用いた電界効果ト
ランジスターを製造する際に、Ｂをドーピングする領域
にＣを含む半導体層を使うことによって、熱処理による
Ｂの拡散を妨げ、設計通りのドーピングプロファイルを
もつデバイスの作製が可能となる。
素）等の不純物の拡散を抑制するという特性を有してい
る。この性質は、Ｂのプロファイルを適切に制御する必
要のあるデバイスを作製する上で非常に有効に機能し、
半導体デバイスの製造プロセスの安定化を行う際にも有
用である。例えば、ベース領域の狭い超高速ｎｐｎバイ
ポーラトランジスタやδドーピングを用いた電界効果ト
ランジスターを製造する際に、Ｂをドーピングする領域
にＣを含む半導体層を使うことによって、熱処理による
Ｂの拡散を妨げ、設計通りのドーピングプロファイルを
もつデバイスの作製が可能となる。
【０００８】上述のように、Ｃを含んだIV属結晶である
Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶は、Ｓｉ結晶やＳｉ1-xＧｅx結
晶よりも優れた性質を有する材料である。
Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶は、Ｓｉ結晶やＳｉ1-xＧｅx結
晶よりも優れた性質を有する材料である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高品質
なＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の作製は、以下に述べるよう
なＣのもつ特有の性質により、Ｓｉ1-xＧｅx結晶よりも
難しい。
なＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の作製は、以下に述べるよう
なＣのもつ特有の性質により、Ｓｉ1-xＧｅx結晶よりも
難しい。
【００１０】まず、Ｃ原子のＳｉ結晶やＧｅ結晶への固
溶度は非常に低く（熱平衡状態でＳｉ結晶へは約１０17
/ｃｍ3 、Ｇｅ結晶へは約１０8/ｃｍ3）、高含有率（ａ
ｔ.％オーダー）のＣ原子を含有する結晶の作製は、溶
融法等の熱的平衡状態での作製は困難である。
溶度は非常に低く（熱平衡状態でＳｉ結晶へは約１０17
/ｃｍ3 、Ｇｅ結晶へは約１０8/ｃｍ3）、高含有率（ａ
ｔ.％オーダー）のＣ原子を含有する結晶の作製は、溶
融法等の熱的平衡状態での作製は困難である。
【００１１】また、Ｃ原子は、結晶の格子位置のみなら
ず、格子間にも入りやすい性質を有している。なお、こ
の明細書では、便宜上、結晶の格子位置に入り込んだＣ
原子を格子位置Ｃ原子と呼び、結晶の格子間に入り込ん
だＣ原子を格子間Ｃ原子と呼ぶ。 さらに、Ｃ原子は結
晶格子中のＳｉ原子と選択的に結合する傾向があり、Ｓ
ｉＣ結晶（結晶性の炭化ケイ素）や、アモルファスＳｉ
Ｃに近い構造ができやすく、このような局所的構造が結
晶の質の低下を引き起こす。
ず、格子間にも入りやすい性質を有している。なお、こ
の明細書では、便宜上、結晶の格子位置に入り込んだＣ
原子を格子位置Ｃ原子と呼び、結晶の格子間に入り込ん
だＣ原子を格子間Ｃ原子と呼ぶ。 さらに、Ｃ原子は結
晶格子中のＳｉ原子と選択的に結合する傾向があり、Ｓ
ｉＣ結晶（結晶性の炭化ケイ素）や、アモルファスＳｉ
Ｃに近い構造ができやすく、このような局所的構造が結
晶の質の低下を引き起こす。
【００１２】上述のように作成が困難であるＳｉ1-x-y
ＧｅxＣy 結晶を作成する方法として、従来では、ＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition）法、ガスソースＭＢ
Ｅ(Molecular Beam Epitaxy)法、及び、固体ソースＭＢ
Ｅ(Molecular Beam Epitaxy）法と呼ばれる方法が用い
られてきた。次に、これらの方法とその問題点について
説明する。
ＧｅxＣy 結晶を作成する方法として、従来では、ＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition）法、ガスソースＭＢ
Ｅ(Molecular Beam Epitaxy)法、及び、固体ソースＭＢ
Ｅ(Molecular Beam Epitaxy）法と呼ばれる方法が用い
られてきた。次に、これらの方法とその問題点について
説明する。
【００１３】まず、ＣＶＤ法とガスソースＭＢＥ法とに
ついて述べる。ＣＶＤ法とガスソースＭＢＥ法とは、原
料となるガスを基板表面上で熱分解し、結晶成長を行う
という点で同一の結晶成長方法である。通常、Ｓｉ
1-x-yＧｅxＣy 結晶をＳｉ結晶上に成長する場合には、
真空容器内でＳｉ基板を加熱した状態で、Ｓｉ1-x-yＧ
ｅxＣy 結晶を構成するＳｉの原料であるＳｉＨ4やＳｉ
2Ｈ6 等のシラン系ガスと、Ｇｅの原料であるＧｅＨ4ガ
スと、Ｃの原料であるＳｉＨ3ＣＨ3 やＣ2Ｈ2等のＣを
含むガスを真空容器内に同時に供給する。しかし、ＣＶ
Ｄ法とガスソースＭＢＥ法とでも、Ｃが自在に結晶の格
子位置に入るわけではなく、格子位置に入るＣ含有率に
はある限界値が存在する。この限界値を超えて、Ｃを結
晶中に混入しようとすると、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の
質は著しく低下する。特に、半導体デバイスに応用が可
能な程度に欠陥が無く高い結晶性をもつＳｉ1-x-yＧｅx
Ｃy 結晶は、Ｃ含有率が約２ａｔ. ％程度以下でなけれ
ば実現できないというのが現状である。
ついて述べる。ＣＶＤ法とガスソースＭＢＥ法とは、原
料となるガスを基板表面上で熱分解し、結晶成長を行う
という点で同一の結晶成長方法である。通常、Ｓｉ
1-x-yＧｅxＣy 結晶をＳｉ結晶上に成長する場合には、
真空容器内でＳｉ基板を加熱した状態で、Ｓｉ1-x-yＧ
ｅxＣy 結晶を構成するＳｉの原料であるＳｉＨ4やＳｉ
2Ｈ6 等のシラン系ガスと、Ｇｅの原料であるＧｅＨ4ガ
スと、Ｃの原料であるＳｉＨ3ＣＨ3 やＣ2Ｈ2等のＣを
含むガスを真空容器内に同時に供給する。しかし、ＣＶ
Ｄ法とガスソースＭＢＥ法とでも、Ｃが自在に結晶の格
子位置に入るわけではなく、格子位置に入るＣ含有率に
はある限界値が存在する。この限界値を超えて、Ｃを結
晶中に混入しようとすると、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の
質は著しく低下する。特に、半導体デバイスに応用が可
能な程度に欠陥が無く高い結晶性をもつＳｉ1-x-yＧｅx
Ｃy 結晶は、Ｃ含有率が約２ａｔ. ％程度以下でなけれ
ば実現できないというのが現状である。
【００１４】次に、固体ソースＭＢＥ法について説明す
る。固体ソースＭＢＥ法によりＳｉ 1-x-yＧｅxＣy 結晶
を作製する場合には、超高真空中で固体のＳｉ，Ｇｅ，
Ｃの蒸発により発生する分子線を、基板に照射して結晶
成長を行う。通常、ＳｉとＧｅの分子線は、ＳｉとＧｅ
との結晶に電子線を照射する方法や、るつぼで加熱する
方法によって発生させる。一方、Ｃに関しては、グラフ
ァイトを加熱して蒸発させ、分子線状にするのが一般的
である。この固体ソースＭＢＥ法においても、上述のＣ
ＶＤ法と同じく、Ｇｅ含有率が高い場合にＣが格子位置
に入りにくいという報告が最近なされている(J.P.Liu a
nd H.J.Osten， Appl.Phys.Lett.７６，３５４６ (２０
００))。
る。固体ソースＭＢＥ法によりＳｉ 1-x-yＧｅxＣy 結晶
を作製する場合には、超高真空中で固体のＳｉ，Ｇｅ，
Ｃの蒸発により発生する分子線を、基板に照射して結晶
成長を行う。通常、ＳｉとＧｅの分子線は、ＳｉとＧｅ
との結晶に電子線を照射する方法や、るつぼで加熱する
方法によって発生させる。一方、Ｃに関しては、グラフ
ァイトを加熱して蒸発させ、分子線状にするのが一般的
である。この固体ソースＭＢＥ法においても、上述のＣ
ＶＤ法と同じく、Ｇｅ含有率が高い場合にＣが格子位置
に入りにくいという報告が最近なされている(J.P.Liu a
nd H.J.Osten， Appl.Phys.Lett.７６，３５４６ (２０
００))。
【００１５】以上のように、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の
作製に良く用いられている、ガスを原料とするＣＶＤ法
とガスソースＭＢＥ法、さらに固体を原料とする固体ソ
ースＭＢＥ法のいずれにおいても、Ｇｅ含有率が高くな
れば、格子位置に入り込めるＣ含有率は低下してしま
う。
作製に良く用いられている、ガスを原料とするＣＶＤ法
とガスソースＭＢＥ法、さらに固体を原料とする固体ソ
ースＭＢＥ法のいずれにおいても、Ｇｅ含有率が高くな
れば、格子位置に入り込めるＣ含有率は低下してしま
う。
【００１６】ところで、発明者らは、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣ
y 結晶で、半導体結晶膜としての用途に十分なＧｅ含有
率とＣ含有率を同時に得ることが困難である原因のひと
つとして、Ｇｅ原子とＣ原子との相性が悪く、Ｓｉ
1-x-yＧｅxＣy 結晶の格子位置に入るＣの含有率の最大
値は、Ｇｅの含有率に依存して変化することを明らかに
した。（Y.Kanzawa K.Nozawa，T.Saitoh and M.Kubo，
Appl.Phys.Lett.77， 3962(2000)）。図１は、ＵＨＶ−
ＣＶＤ法によってＳｉ基板上に単層のＳｉ1-x-yＧｅxＣ
y結晶を堆積した場合に、格子位置に入ることのできる
Ｃ含有率の最大値を縦軸に、Ｇｅ含有率を横軸にプロッ
トしたグラフである。なお、原料には、Ｓｉ 2Ｈ6ガス，
ＧｅＨ4ガス，ＳｉＨ3ＣＨ3 ガスを用い、成長時の基板
の温度は、４９０℃とした。図１から分かるように、例
えば、Ｇｅ含有率が１３ａｔ. ％程度であるＳｉ1-x-y
ＧｅxＣy 結晶には、Ｃは１．９ａｔ. ％程度の含有率
まで格子位置に入るが、Ｇｅ含有率が３５ａｔ. ％程度
であるＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶には、Ｃは格子位置に
０．８ａｔ.％程度しか入ることができない。つまり、
Ｓｉ1 -x-yＧｅxＣy結晶において、Ｇｅ含有率が増加す
ればするほど、格子位置に入るＣ含有率の最大値が低下
することを意味している。
y 結晶で、半導体結晶膜としての用途に十分なＧｅ含有
率とＣ含有率を同時に得ることが困難である原因のひと
つとして、Ｇｅ原子とＣ原子との相性が悪く、Ｓｉ
1-x-yＧｅxＣy 結晶の格子位置に入るＣの含有率の最大
値は、Ｇｅの含有率に依存して変化することを明らかに
した。（Y.Kanzawa K.Nozawa，T.Saitoh and M.Kubo，
Appl.Phys.Lett.77， 3962(2000)）。図１は、ＵＨＶ−
ＣＶＤ法によってＳｉ基板上に単層のＳｉ1-x-yＧｅxＣ
y結晶を堆積した場合に、格子位置に入ることのできる
Ｃ含有率の最大値を縦軸に、Ｇｅ含有率を横軸にプロッ
トしたグラフである。なお、原料には、Ｓｉ 2Ｈ6ガス，
ＧｅＨ4ガス，ＳｉＨ3ＣＨ3 ガスを用い、成長時の基板
の温度は、４９０℃とした。図１から分かるように、例
えば、Ｇｅ含有率が１３ａｔ. ％程度であるＳｉ1-x-y
ＧｅxＣy 結晶には、Ｃは１．９ａｔ. ％程度の含有率
まで格子位置に入るが、Ｇｅ含有率が３５ａｔ. ％程度
であるＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶には、Ｃは格子位置に
０．８ａｔ.％程度しか入ることができない。つまり、
Ｓｉ1 -x-yＧｅxＣy結晶において、Ｇｅ含有率が増加す
ればするほど、格子位置に入るＣ含有率の最大値が低下
することを意味している。
【００１７】本発明の目的は、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層の
堆積の際に、ＧｅとＣとの結合性が乏しいことに起因す
るＣの固溶限界の向上を図り、もって、各種半導体の製
造に供しうる半導体結晶膜の製造方法を提供することに
ある。
堆積の際に、ＧｅとＣとの結合性が乏しいことに起因す
るＣの固溶限界の向上を図り、もって、各種半導体の製
造に供しうる半導体結晶膜の製造方法を提供することに
ある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体結晶膜の
製造方法は、基板上に、少なくとも１原子層のＳｉ，Ｇ
ｅおよびＣを含有する結晶層をエピタキシャル成長させ
る過程と、上記Ｓｉ，ＧｅおよびＣを含有する結晶層の
上の少なくとも一部を、原子状水素によって覆う過程と
を含み、Ｓｉ，ＧｅおよびＣを含有する結晶膜をエピタ
キシャル成長させる方法である。
製造方法は、基板上に、少なくとも１原子層のＳｉ，Ｇ
ｅおよびＣを含有する結晶層をエピタキシャル成長させ
る過程と、上記Ｓｉ，ＧｅおよびＣを含有する結晶層の
上の少なくとも一部を、原子状水素によって覆う過程と
を含み、Ｓｉ，ＧｅおよびＣを含有する結晶膜をエピタ
キシャル成長させる方法である。
【００１９】この方法により、結晶が成長している基板
の最表面に存在するＧｅ原子のうちでＨ原子が付着する
Ｇｅ原子の割合は、従来の製造方法と比較して増大す
る。結晶の最表面に存在するＧｅ原子にＨ原子が付着す
ると、そのＧｅ原子が下層に存在するＳｉと入れ替わる
現象が起こることから、本発明の製造方法では、従来の
製造方法と比較して、より多くのＧｅ原子が下層のＳｉ
原子と入れ替わるようになる。その結果、結晶を成長し
ている基板の最表面に存在する原子のうちでＧｅ原子の
占める割合は減少し、このことから、Ｓｉ，Ｇｅおよび
Ｃを含有する結晶膜におけるＣの含有率を増加させるこ
とができる。
の最表面に存在するＧｅ原子のうちでＨ原子が付着する
Ｇｅ原子の割合は、従来の製造方法と比較して増大す
る。結晶の最表面に存在するＧｅ原子にＨ原子が付着す
ると、そのＧｅ原子が下層に存在するＳｉと入れ替わる
現象が起こることから、本発明の製造方法では、従来の
製造方法と比較して、より多くのＧｅ原子が下層のＳｉ
原子と入れ替わるようになる。その結果、結晶を成長し
ている基板の最表面に存在する原子のうちでＧｅ原子の
占める割合は減少し、このことから、Ｓｉ，Ｇｅおよび
Ｃを含有する結晶膜におけるＣの含有率を増加させるこ
とができる。
【００２０】上記半導体結晶膜の製造方法において、シ
リコン（Ｓｉ）を含有する原料ガスと，ゲルマニウム
（Ｇｅ）を含有する原料ガスと，炭素（Ｃ）を含有する
原料ガスとを熱分解することにより、上記Ｓｉ，Ｇｅお
よびＣを含有する結晶層を形成することができる。ま
た、このとき、上記シリコン（Ｓｉ）を含有する上記原
料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ4），ジシラン（Ｓ
ｉ2Ｈ6），ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）あるいはト
リシラン（Ｓｉ3Ｈ8）のいずれかを用い、上記ゲルマニ
ウム（Ｇｅ）を含有する上記原料ガスとしてゲルマン
（ＧｅＨ4 ）を用い、上記炭素（Ｃ）を含有する上記原
料ガスとしてモノメチルシラン（ＳｉＨ3ＣＨ3）を用い
ることが好ましい。
リコン（Ｓｉ）を含有する原料ガスと，ゲルマニウム
（Ｇｅ）を含有する原料ガスと，炭素（Ｃ）を含有する
原料ガスとを熱分解することにより、上記Ｓｉ，Ｇｅお
よびＣを含有する結晶層を形成することができる。ま
た、このとき、上記シリコン（Ｓｉ）を含有する上記原
料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ4），ジシラン（Ｓ
ｉ2Ｈ6），ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）あるいはト
リシラン（Ｓｉ3Ｈ8）のいずれかを用い、上記ゲルマニ
ウム（Ｇｅ）を含有する上記原料ガスとしてゲルマン
（ＧｅＨ4 ）を用い、上記炭素（Ｃ）を含有する上記原
料ガスとしてモノメチルシラン（ＳｉＨ3ＣＨ3）を用い
ることが好ましい。
【００２１】上記半導体結晶膜の製造方法において、そ
れぞれ、固体のＳｉ，固体のＧｅ及び固体のＣの蒸発に
より発生するＳｉの分子線，Ｇｅの分子線及びＣの分子
線を上記基板上に照射することにより、上記Ｓｉ，Ｇｅ
およびＣを含有する結晶層を形成することもできる。
れぞれ、固体のＳｉ，固体のＧｅ及び固体のＣの蒸発に
より発生するＳｉの分子線，Ｇｅの分子線及びＣの分子
線を上記基板上に照射することにより、上記Ｓｉ，Ｇｅ
およびＣを含有する結晶層を形成することもできる。
【００２２】上記半導体結晶膜の製造方法において、上
記基板上に、少なくとも１原子層の上記Ｓｉ，Ｇｅおよ
びＣを含有する結晶層をエピタキシャル成長させる過程
の後に、上記Ｓｉ，ＧｅおよびＣを含有する結晶層の上
の少なくとも一部を、原子状水素によって覆う過程を行
い、その後、少なくとも１原子層のＳｉ，ＧｅおよびＣ
を含有する結晶層をエピタキシャル成長させる過程をさ
らに含めることもできる。
記基板上に、少なくとも１原子層の上記Ｓｉ，Ｇｅおよ
びＣを含有する結晶層をエピタキシャル成長させる過程
の後に、上記Ｓｉ，ＧｅおよびＣを含有する結晶層の上
の少なくとも一部を、原子状水素によって覆う過程を行
い、その後、少なくとも１原子層のＳｉ，ＧｅおよびＣ
を含有する結晶層をエピタキシャル成長させる過程をさ
らに含めることもできる。
【００２３】上記半導体結晶膜の製造方法において、少
なくとも１原子層のＳｉ，ＧｅおよびＣを含有する結晶
層のエピタキシャル成長させる過程と、原子状水素の供
給を行なう過程とを交互に繰り返すこともできる。
なくとも１原子層のＳｉ，ＧｅおよびＣを含有する結晶
層のエピタキシャル成長させる過程と、原子状水素の供
給を行なう過程とを交互に繰り返すこともできる。
【００２４】上述の半導体結晶膜の製造方法において、
原子状水素の供給は、少なくとも１原子層の上記Ｓｉ，
ＧｅおよびＣを含有する結晶層のエピタキシャル成長と
同時に行うこともできる。
原子状水素の供給は、少なくとも１原子層の上記Ｓｉ，
ＧｅおよびＣを含有する結晶層のエピタキシャル成長と
同時に行うこともできる。
【００２５】上記原子状水素は、プラズマあるいはフィ
ラメントを用いて発生させることができる。
ラメントを用いて発生させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】−Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の成長
過程の解析− 発明者らは、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層において、Ｇｅ含有
率ｘが高くなればＣ原子が結晶の格子位置に入り込みに
くくなる原因の一つを、以下のように考えた。Ｓｉ
1-x-yＧｅxＣy 層におけるＧｅ含有率ｘが高くなればな
る程、結晶成長が起こっている最表面の原子のうちＧｅ
原子の割合は増加し、Ｓｉ原子の割合は減少する。する
と、Ｃ原子とＧｅ原子との相性はＣ原子とＳｉ原子との
相性と比較して悪いため、成長している結晶の最表面の
うち、Ｃ原子が結合できない領域が増加する。その結
果、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層のエピタキシャル成長の際
に、結晶内の格子位置に入り込めるＣは少なくなるもの
と考えられる。
過程の解析− 発明者らは、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層において、Ｇｅ含有
率ｘが高くなればＣ原子が結晶の格子位置に入り込みに
くくなる原因の一つを、以下のように考えた。Ｓｉ
1-x-yＧｅxＣy 層におけるＧｅ含有率ｘが高くなればな
る程、結晶成長が起こっている最表面の原子のうちＧｅ
原子の割合は増加し、Ｓｉ原子の割合は減少する。する
と、Ｃ原子とＧｅ原子との相性はＣ原子とＳｉ原子との
相性と比較して悪いため、成長している結晶の最表面の
うち、Ｃ原子が結合できない領域が増加する。その結
果、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層のエピタキシャル成長の際
に、結晶内の格子位置に入り込めるＣは少なくなるもの
と考えられる。
【００２７】それに対し、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層におい
て、結晶成長最表面に存在する原子のうちでＧｅ原子の
割合が低くＳｉの割合が高い場合には、結晶成長最表面
に新たにＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を形成する際に、ある程
度高い含有率でＣ原子が結晶の格子位置に入りこむこと
ができる。つまり、高いＧｅ含有率ｘを有するＳｉ1-
x-yＧｅxＣy 層においても、結晶を成長させる際に、Ｓ
ｉ1-x-yＧｅxＣy 層を堆積する最表面に存在する原子の
うちでＧｅ原子の占める割合を低下させることができれ
ば、その後新たに堆積するＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層におい
てはＣ原子が入り込みやすくなるはずである。
て、結晶成長最表面に存在する原子のうちでＧｅ原子の
割合が低くＳｉの割合が高い場合には、結晶成長最表面
に新たにＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を形成する際に、ある程
度高い含有率でＣ原子が結晶の格子位置に入りこむこと
ができる。つまり、高いＧｅ含有率ｘを有するＳｉ1-
x-yＧｅxＣy 層においても、結晶を成長させる際に、Ｓ
ｉ1-x-yＧｅxＣy 層を堆積する最表面に存在する原子の
うちでＧｅ原子の占める割合を低下させることができれ
ば、その後新たに堆積するＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層におい
てはＣ原子が入り込みやすくなるはずである。
【００２８】そこで、本発明では、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy
結晶を成長させる際の基板最表面に存在する原子のう
ち、Ｇｅ原子の占める割合を低下させる方法として、基
板上に、原料ガスと原子状水素とを供給してＳｉ1-x-y
ＧｅxＣy 結晶を成長させる方法を提案する。
結晶を成長させる際の基板最表面に存在する原子のう
ち、Ｇｅ原子の占める割合を低下させる方法として、基
板上に、原料ガスと原子状水素とを供給してＳｉ1-x-y
ＧｅxＣy 結晶を成長させる方法を提案する。
【００２９】（第１の実施形態）以下、本発明の第１の
実施形態に係る半導体結晶膜の製造方法について、図２
（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説
明する。まず、図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、Ｓ
ｉ1-x-yＧｅxＣy 層のエピタキシャル成長を行わせる工
程について説明する。
実施形態に係る半導体結晶膜の製造方法について、図２
（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説
明する。まず、図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、Ｓ
ｉ1-x-yＧｅxＣy 層のエピタキシャル成長を行わせる工
程について説明する。
【００３０】初めに、図２（ａ）に示す工程で、結晶成
長を行うＳｉ基板１１を洗浄する。具体的にいうと、Ｓ
ｉ基板１１を硫酸−過酸化水素水混合溶液で洗浄し、Ｓ
ｉ基板１１表面上の有機物、金属汚染物質を除去する。
次に、Ｓｉ基板１１をアンモニア−過酸化水素水溶液で
洗浄し、Ｓｉ基板１１の表面上の付着物を除去する。さ
らに、フッ酸溶液を用いてＳｉ基板１１表面上の自然酸
化膜を取り去る。最後に、Ｓｉ基板１１を、再度アンモ
ニア−過酸化水素水溶液に浸し、Ｓｉ基板表面上に薄い
保護酸化膜を形成する。
長を行うＳｉ基板１１を洗浄する。具体的にいうと、Ｓ
ｉ基板１１を硫酸−過酸化水素水混合溶液で洗浄し、Ｓ
ｉ基板１１表面上の有機物、金属汚染物質を除去する。
次に、Ｓｉ基板１１をアンモニア−過酸化水素水溶液で
洗浄し、Ｓｉ基板１１の表面上の付着物を除去する。さ
らに、フッ酸溶液を用いてＳｉ基板１１表面上の自然酸
化膜を取り去る。最後に、Ｓｉ基板１１を、再度アンモ
ニア−過酸化水素水溶液に浸し、Ｓｉ基板表面上に薄い
保護酸化膜を形成する。
【００３１】次に、洗浄したＳｉ基板１１を、結晶成長
装置内に導入する。そして、成長装置内を一旦、２．６
×１０-7Ｐａ程度の圧力まで真空引きし、真空中もしく
は水素ガス雰囲気中でＳｉ基板１１を８５０℃の温度に
加熱する。これにより、上述の洗浄工程でＳｉ基板１１
表面上に形成された保護酸化膜を除去し、清浄Ｓｉ基板
１１の表面を露出させる。このとき、Ｓｉ基板１１の最
表面に並ぶＳｉ原子１２のうちで、ある割合のＳｉ原子
にはＨ原子１３が付着しており、それ以外のＳｉ原子
は、Ｈ原子１３と結合することなく、ダングリングボン
ドを露出させている。
装置内に導入する。そして、成長装置内を一旦、２．６
×１０-7Ｐａ程度の圧力まで真空引きし、真空中もしく
は水素ガス雰囲気中でＳｉ基板１１を８５０℃の温度に
加熱する。これにより、上述の洗浄工程でＳｉ基板１１
表面上に形成された保護酸化膜を除去し、清浄Ｓｉ基板
１１の表面を露出させる。このとき、Ｓｉ基板１１の最
表面に並ぶＳｉ原子１２のうちで、ある割合のＳｉ原子
にはＨ原子１３が付着しており、それ以外のＳｉ原子
は、Ｈ原子１３と結合することなく、ダングリングボン
ドを露出させている。
【００３２】次に、図２（ｂ）に示す工程で、Ｓｉ基板
１１上に、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶を成長させる。具体
的にいうと、Ｓｉ基板１１の表面の温度を例えば４９０
℃程度の温度まで低下させた状態で、Ｓｉ基板１１上面
上にＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の原料ガスを供給して、１
原子層程度の結晶を成長させる。このとき、成長させた
結晶の最表面には、Ｇｅ原子１５が約１００ｘ％（例え
ば、約３０ａｔ. ％）の割合で存在しており、他に、Ｓ
ｉ原子１６は約１００（１−ｘ−ｙ）％，Ｃ原子１４は
約１００ｙ％の割合で存在していると考えてよい。ま
た、基板最表面に存在する原子には、ある割合でＨ原子
１３が付着している。なお、原料ガスと分圧との条件
は、Ｓｉ2Ｈ6 ガスを９.１×１０-3Ｐａ程度、ＧｅＨ4
ガスを４.３×１０-2Ｐａ程度、ＳｉＨ3ＣＨ3ガスを１.
７×１０-3 Ｐａ程度とする。ここで、Ｓｉ，Ｇｅおよ
びＣの原料ガスの分圧の比を一定に保ちながら結晶を成
長させてもよいし、変化させながら成長させてもよい。
１１上に、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶を成長させる。具体
的にいうと、Ｓｉ基板１１の表面の温度を例えば４９０
℃程度の温度まで低下させた状態で、Ｓｉ基板１１上面
上にＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の原料ガスを供給して、１
原子層程度の結晶を成長させる。このとき、成長させた
結晶の最表面には、Ｇｅ原子１５が約１００ｘ％（例え
ば、約３０ａｔ. ％）の割合で存在しており、他に、Ｓ
ｉ原子１６は約１００（１−ｘ−ｙ）％，Ｃ原子１４は
約１００ｙ％の割合で存在していると考えてよい。ま
た、基板最表面に存在する原子には、ある割合でＨ原子
１３が付着している。なお、原料ガスと分圧との条件
は、Ｓｉ2Ｈ6 ガスを９.１×１０-3Ｐａ程度、ＧｅＨ4
ガスを４.３×１０-2Ｐａ程度、ＳｉＨ3ＣＨ3ガスを１.
７×１０-3 Ｐａ程度とする。ここで、Ｓｉ，Ｇｅおよ
びＣの原料ガスの分圧の比を一定に保ちながら結晶を成
長させてもよいし、変化させながら成長させてもよい。
【００３３】次に、図２（ｃ）に示す工程で、原料ガス
を供給した後の基板上に原子状水素を供給すると、基板
最表面のうちほぼ全面がＨ原子によりおおわれる状態と
なる。このとき、基板最表面におけるＧｅ原子は、Ｈ原
子と結合しているものと考えられる。
を供給した後の基板上に原子状水素を供給すると、基板
最表面のうちほぼ全面がＨ原子によりおおわれる状態と
なる。このとき、基板最表面におけるＧｅ原子は、Ｈ原
子と結合しているものと考えられる。
【００３４】ここで、基板最表面に存在するＧｅ原子１
５のうち，Ｈ原子が付着しているＧｅ原子と、そのＧｅ
原子の下層に存在するＳｉ原子とが、入れ替わる現象が
おこる。なお、このときの基板温度は５００℃以下，好
ましくは４００℃以下に保つ。原子状水素を得る手段の
例として、例えばヘリコン波プラズマ方式を用いたラジ
カルセルを用いて水素分子を原子状にする手段があり、
その場合には、原子状水素を供給する圧力は、６.５×
１０-4Ｐａ程度にする。
５のうち，Ｈ原子が付着しているＧｅ原子と、そのＧｅ
原子の下層に存在するＳｉ原子とが、入れ替わる現象が
おこる。なお、このときの基板温度は５００℃以下，好
ましくは４００℃以下に保つ。原子状水素を得る手段の
例として、例えばヘリコン波プラズマ方式を用いたラジ
カルセルを用いて水素分子を原子状にする手段があり、
その場合には、原子状水素を供給する圧力は、６.５×
１０-4Ｐａ程度にする。
【００３５】次に、図２（ｄ）に示す工程で、原子状水
素を供給した後の基板上にＳｉ1-x- yＧｅxＣy結晶の原
料ガスであるＳｉ2Ｈ6ガス，ＧｅＨ4ガス，ＳｉＨ3ＣＨ
3ガスを再び供給し、さらに原子状水素を供給する。す
ると、新たに形成された最表面のＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層
に含まれるＧｅが下層に移動する。ここで、Ｇｅの組成
比が低下している状態の下層にＧｅが移動するので、下
層のＧｅ組成比は、平均的なＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の
組成比程度にまで回復すると考えられる。このことか
ら、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の原料ガスの供給と、原子
状水素の供給とを繰り返すと、最表面層を除いてほぼ均
一にＧｅが分布する層が形成される。
素を供給した後の基板上にＳｉ1-x- yＧｅxＣy結晶の原
料ガスであるＳｉ2Ｈ6ガス，ＧｅＨ4ガス，ＳｉＨ3ＣＨ
3ガスを再び供給し、さらに原子状水素を供給する。す
ると、新たに形成された最表面のＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層
に含まれるＧｅが下層に移動する。ここで、Ｇｅの組成
比が低下している状態の下層にＧｅが移動するので、下
層のＧｅ組成比は、平均的なＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の
組成比程度にまで回復すると考えられる。このことか
ら、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の原料ガスの供給と、原子
状水素の供給とを繰り返すと、最表面層を除いてほぼ均
一にＧｅが分布する層が形成される。
【００３６】このような手法によって、例えば、原子状
水素を供給しない従来の製造方法では、Ｇｅ含有率が３
０ａｔ. ％であるＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の格子位置に
Ｃ原子を約１.２ａｔ.％程度しか混入できないのに対
し、本実施形態による製造方法では、Ｇｅ含有率が３０
ａｔ. ％であるＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の格子位置に、
Ｃ原子を約１.６ａｔ.％程度まで混入できるようにな
る。
水素を供給しない従来の製造方法では、Ｇｅ含有率が３
０ａｔ. ％であるＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の格子位置に
Ｃ原子を約１.２ａｔ.％程度しか混入できないのに対
し、本実施形態による製造方法では、Ｇｅ含有率が３０
ａｔ. ％であるＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の格子位置に、
Ｃ原子を約１.６ａｔ.％程度まで混入できるようにな
る。
【００３７】次に、原子状水素を供給するとＳｉ1-x-y
ＧｅxＣy 結晶の格子位置に入るＣ原子の含有率が増大
する理由について、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら
詳細に説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に
係るＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の成長工程のうち、原子状
水素を暴露する前後におけるＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層の成
長状態を示す断面図である。なお、図３（ａ）〜（ｃ）
では、簡単のため、Ｓｉ基板１１上に、１原子層のＳｉ
1-x-yＧｅxＣy 層が堆積している状態を考える。
ＧｅxＣy 結晶の格子位置に入るＣ原子の含有率が増大
する理由について、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら
詳細に説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に
係るＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の成長工程のうち、原子状
水素を暴露する前後におけるＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層の成
長状態を示す断面図である。なお、図３（ａ）〜（ｃ）
では、簡単のため、Ｓｉ基板１１上に、１原子層のＳｉ
1-x-yＧｅxＣy 層が堆積している状態を考える。
【００３８】図３（ａ）に示すように、原料ガスを供給
し，原子状水素を供給していない基板においては、基板
の最表面に存在するＳｉ原子１６やＧｅ原子１５には、
Ｈ原子１３がある確率で付着している。このとき、基板
の温度が高くなればＨ原子１３が付着している割合は低
下する。また、Ｈ原子１３は、Ｇｅ原子１５よりもＳｉ
原子１２に付着しやすいため、基板最表面に存在するＧ
ｅ原子１５のうちで、Ｈ原子１３が付着しているＧｅ原
子の割合は低いと考えられる。
し，原子状水素を供給していない基板においては、基板
の最表面に存在するＳｉ原子１６やＧｅ原子１５には、
Ｈ原子１３がある確率で付着している。このとき、基板
の温度が高くなればＨ原子１３が付着している割合は低
下する。また、Ｈ原子１３は、Ｇｅ原子１５よりもＳｉ
原子１２に付着しやすいため、基板最表面に存在するＧ
ｅ原子１５のうちで、Ｈ原子１３が付着しているＧｅ原
子の割合は低いと考えられる。
【００３９】そこで、図３（ｂ）に示す工程で、上述の
ような状態の基板上に原子状水素を暴露すると、基板最
表面のほぼ全面が原子状水素によって覆われる。その結
果、基板最表面に存在するＳｉ原子１６とＧｅ原子１５
とのうちＨ原子１３が付着しているＳｉ原子とＧｅ原子
との割合は共に増加する。
ような状態の基板上に原子状水素を暴露すると、基板最
表面のほぼ全面が原子状水素によって覆われる。その結
果、基板最表面に存在するＳｉ原子１６とＧｅ原子１５
とのうちＨ原子１３が付着しているＳｉ原子とＧｅ原子
との割合は共に増加する。
【００４０】そして、図３（ｃ）に示す工程で、原子状
水素を暴露した後の基板に、５００℃程度よりも低い温
度で熱処理を続けると、基板最表面に存在するＧｅ原子
１５のうちＨ原子が付加したＧｅ原子と、そのＧｅ原子
の下層に存在するＳｉ原子とが入れ替わる現象がおこ
る。これは、このような条件下では、Ｇｅ原子とＳｉ原
子との入れ替わりが起こった方がエネルギー的に安定で
あることに起因する(Y.Kobayashi， K.Sumitomo， K.Sh
iraishi， T.Urisu and T.Ogino， Surf.Sci. 436， 9
(1999))。
水素を暴露した後の基板に、５００℃程度よりも低い温
度で熱処理を続けると、基板最表面に存在するＧｅ原子
１５のうちＨ原子が付加したＧｅ原子と、そのＧｅ原子
の下層に存在するＳｉ原子とが入れ替わる現象がおこ
る。これは、このような条件下では、Ｇｅ原子とＳｉ原
子との入れ替わりが起こった方がエネルギー的に安定で
あることに起因する(Y.Kobayashi， K.Sumitomo， K.Sh
iraishi， T.Urisu and T.Ogino， Surf.Sci. 436， 9
(1999))。
【００４１】なお、図３（ｃ）では、上述の条件を満た
すＧｅ原子はすべて、下層に存在するＳｉ原子と入れ替
わっているが、必ずしも全てが入れ替わるとは限らな
い。なお、基板に原子状水素を供給した後、基板の温度
を５００℃よりもあまり高い温度にすると、基板の最表
面に付着しているＨ原子が脱離しやすくなる。よって、
５００℃程度より低い温度にすることにより基板最表面
をより確実にＨ原子で覆い、Ｇｅ原子と、そのＧｅ原子
の下層に存在するＳｉ原子との置換を促進することがで
きる。
すＧｅ原子はすべて、下層に存在するＳｉ原子と入れ替
わっているが、必ずしも全てが入れ替わるとは限らな
い。なお、基板に原子状水素を供給した後、基板の温度
を５００℃よりもあまり高い温度にすると、基板の最表
面に付着しているＨ原子が脱離しやすくなる。よって、
５００℃程度より低い温度にすることにより基板最表面
をより確実にＨ原子で覆い、Ｇｅ原子と、そのＧｅ原子
の下層に存在するＳｉ原子との置換を促進することがで
きる。
【００４２】以上のように、原子状水素を基板上に供給
すると、基板最表面に存在する原子に新たにＨ原子１３
が付着するため、基板最表面に存在する原子のうちでＨ
原子１３が付着している原子の割合は、原子状水素供給
前よりも増大する。そのため、基板最表面に存在するＧ
ｅ原子１５のうちでＨ原子１３が付着しているＧｅ原子
の割合も原子状水素供給前より増大する。その結果、本
実施形態による製造方法では、原子状水素を暴露しない
従来の製造方法に比べ、Ｇｅ原子が下層に存在するＳｉ
原子と入れ替わる確率は高くなる。そして、結晶の原料
ガスを供給するときの基板の最表面に存在する原子のう
ちＧｅ原子の占める割合を低減させることができ、原料
ガスから供給されるＣ原子が、結晶の格子位置に入りや
すくなる。
すると、基板最表面に存在する原子に新たにＨ原子１３
が付着するため、基板最表面に存在する原子のうちでＨ
原子１３が付着している原子の割合は、原子状水素供給
前よりも増大する。そのため、基板最表面に存在するＧ
ｅ原子１５のうちでＨ原子１３が付着しているＧｅ原子
の割合も原子状水素供給前より増大する。その結果、本
実施形態による製造方法では、原子状水素を暴露しない
従来の製造方法に比べ、Ｇｅ原子が下層に存在するＳｉ
原子と入れ替わる確率は高くなる。そして、結晶の原料
ガスを供給するときの基板の最表面に存在する原子のう
ちＧｅ原子の占める割合を低減させることができ、原料
ガスから供給されるＣ原子が、結晶の格子位置に入りや
すくなる。
【００４３】従来の技術について説明したように、格子
位置にＣ原子が入りにくい大きな要因の一つに、Ｃ原子
とＧｅ原子との相性の悪さがあった。しかし、本実施形
態による半導体結晶膜の製造方法では、Ｓｉ1-x-yＧｅx
Ｃy 層を新たに堆積する際の基板において、Ｃ原子と相
性の悪いＧｅ原子を最表面の原子層の下方に存在する原
子層に移動させることにより、最表面のＧｅ原子密度を
低下させ、格子位置Ｃの割合の増加を図ることが可能と
なる。
位置にＣ原子が入りにくい大きな要因の一つに、Ｃ原子
とＧｅ原子との相性の悪さがあった。しかし、本実施形
態による半導体結晶膜の製造方法では、Ｓｉ1-x-yＧｅx
Ｃy 層を新たに堆積する際の基板において、Ｃ原子と相
性の悪いＧｅ原子を最表面の原子層の下方に存在する原
子層に移動させることにより、最表面のＧｅ原子密度を
低下させ、格子位置Ｃの割合の増加を図ることが可能と
なる。
【００４４】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係る半導体結晶膜の製造方法について、図４
（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
実施形態に係る半導体結晶膜の製造方法について、図４
（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４５】本実施形態では、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層を
成長させる際の基板最表面に存在する原子のうち、Ｇｅ
原子の占める割合を低下させる方法としてＵＨＶ−ＣＶ
Ｄ法を用い、基板上に原料ガスと原子状水素を同時供給
してＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を供給する方法を用いる。
成長させる際の基板最表面に存在する原子のうち、Ｇｅ
原子の占める割合を低下させる方法としてＵＨＶ−ＣＶ
Ｄ法を用い、基板上に原料ガスと原子状水素を同時供給
してＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を供給する方法を用いる。
【００４６】まず、図４（ａ）に示す工程で、第１の実
施形態で述べた方法と同様の方法でＳｉ基板に洗浄処理
を含む前処理を施したのち、Ｓｉ基板を超高真空中で加
熱して清浄なＳｉ基板１１の表面を露出させる。
施形態で述べた方法と同様の方法でＳｉ基板に洗浄処理
を含む前処理を施したのち、Ｓｉ基板を超高真空中で加
熱して清浄なＳｉ基板１１の表面を露出させる。
【００４７】次に、図４（ｂ）に示す工程で、Ｓｉ基板
１１の温度を、例えば４９０℃程度の温度まで低下させ
て、Ｓｉ基板１１上に原料ガスと原子状水素とを同時に
供給する。なお、原料ガスと原子状水素とを供給すると
きの温度は、５００℃程度以下の温度が好ましい。この
温度範囲にすることにより、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層の成
長とＧｅ原子の下層への拡散作用とを同時に行うことが
できる。原料ガスと装置内の圧力は、Ｓｉ2Ｈ6 ガスを
９.１×１０-3Ｐａ程度、ＧｅＨ4ガスを４.３×１０-2
Ｐａ程度、ＳｉＨ3ＣＨ3ガスを１.７×１０-3Ｐａ程度
とする。また、原子状水素は、例えば、Ｈ分子をヘリコ
ン波プラズマ方式を用いたラジカルセルを用いて原子状
にし、６.５×１０-4 Ｐａ程度の圧力で供給する。
１１の温度を、例えば４９０℃程度の温度まで低下させ
て、Ｓｉ基板１１上に原料ガスと原子状水素とを同時に
供給する。なお、原料ガスと原子状水素とを供給すると
きの温度は、５００℃程度以下の温度が好ましい。この
温度範囲にすることにより、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層の成
長とＧｅ原子の下層への拡散作用とを同時に行うことが
できる。原料ガスと装置内の圧力は、Ｓｉ2Ｈ6 ガスを
９.１×１０-3Ｐａ程度、ＧｅＨ4ガスを４.３×１０-2
Ｐａ程度、ＳｉＨ3ＣＨ3ガスを１.７×１０-3Ｐａ程度
とする。また、原子状水素は、例えば、Ｈ分子をヘリコ
ン波プラズマ方式を用いたラジカルセルを用いて原子状
にし、６.５×１０-4 Ｐａ程度の圧力で供給する。
【００４８】このような状態で結晶成長を行うと、結晶
成長が起こっている基板の最表面には、常に原子状水素
を供給できるため、第１の実施形態とほぼ同じ作用によ
り最表面の原子にＨ原子が付着している割合を、原子状
水素を供給しない従来の製造方法における割合よりも高
く保つことができる。そのため、最表面に存在するＧｅ
原子のうちでＨ原子が付着しているＧｅ原子の占める割
合も増加する。その結果、従来の製造方法における割合
よりも多くの割合のＧｅ原子が、そのＧｅ原子の下層に
存在するＳｉ原子と入れ替わる。
成長が起こっている基板の最表面には、常に原子状水素
を供給できるため、第１の実施形態とほぼ同じ作用によ
り最表面の原子にＨ原子が付着している割合を、原子状
水素を供給しない従来の製造方法における割合よりも高
く保つことができる。そのため、最表面に存在するＧｅ
原子のうちでＨ原子が付着しているＧｅ原子の占める割
合も増加する。その結果、従来の製造方法における割合
よりも多くの割合のＧｅ原子が、そのＧｅ原子の下層に
存在するＳｉ原子と入れ替わる。
【００４９】その後、図４（ｃ）に示す工程で、基板上
への原料ガス，原子状水素の同時供給を、所定の膜厚が
得られるまで行う。
への原料ガス，原子状水素の同時供給を、所定の膜厚が
得られるまで行う。
【００５０】以上の工程により、本実施形態では、従来
の製造方法と比較して、結晶成長が起こっている基板の
最表面の原子のうちＧｅ原子の占める割合が減少し、逆
にＳｉ原子の占める割合が増加するため、Ｃ原子が結晶
の格子位置に入りやすくなる。その結果、Ｓｉ1-x-yＧ
ｅxＣy 層における格子位置Ｃの割合を増加させること
ができる。
の製造方法と比較して、結晶成長が起こっている基板の
最表面の原子のうちＧｅ原子の占める割合が減少し、逆
にＳｉ原子の占める割合が増加するため、Ｃ原子が結晶
の格子位置に入りやすくなる。その結果、Ｓｉ1-x-yＧ
ｅxＣy 層における格子位置Ｃの割合を増加させること
ができる。
【００５１】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係る半導体結晶膜の製造方法について、図５
（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
実施形態に係る半導体結晶膜の製造方法について、図５
（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００５２】本実施形態では、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層を
成長させる際の基板最表面に存在する原子のうち、Ｇｅ
原子の占める割合を低下させる方法として、固体ソース
ＭＢＥ法を用い、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃの分子線と原子状水素
とを交互供給してＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を成長させる方
法を提案する。
成長させる際の基板最表面に存在する原子のうち、Ｇｅ
原子の占める割合を低下させる方法として、固体ソース
ＭＢＥ法を用い、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃの分子線と原子状水素
とを交互供給してＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を成長させる方
法を提案する。
【００５３】まず、図５（ａ）に示す工程、つまり第１
の実施形態で述べた工程と同様の工程で、Ｓｉ基板１１
に洗浄処理を含む前処理を施したのち、Ｓｉ基板１１を
超高真空中で加熱して清浄なＳｉ基板１１の表面を露出
させる。
の実施形態で述べた工程と同様の工程で、Ｓｉ基板１１
に洗浄処理を含む前処理を施したのち、Ｓｉ基板１１を
超高真空中で加熱して清浄なＳｉ基板１１の表面を露出
させる。
【００５４】次に、図５（ｂ）に示す工程で、Ｓｉ基板
１１の温度を、例えば４００℃程度の温度まで低下させ
た状態で、Ｓｉ基板１１上にＳｉ，ＧｅおよびＣの分子
線を基板に照射して、１原子層程度のＳｉ1-x-yＧｅxＣ
y 層を成長させる。この時、Ｓｉの分子線とＧｅの分子
線とは、例えば、それぞれＳｉ結晶とＧｅ結晶にそれぞ
れ電子線照射をおこない、蒸発により発生させる。一
方、Ｃの分子線は、例えば、グラファイトフィラメント
を通電加熱し、蒸発により発生させる。このような固体
ソースＭＢＥ法によると、低温でもＳｉ1-x-y ＧｅxＣy
層を成長させることができるという利点がある。
１１の温度を、例えば４００℃程度の温度まで低下させ
た状態で、Ｓｉ基板１１上にＳｉ，ＧｅおよびＣの分子
線を基板に照射して、１原子層程度のＳｉ1-x-yＧｅxＣ
y 層を成長させる。この時、Ｓｉの分子線とＧｅの分子
線とは、例えば、それぞれＳｉ結晶とＧｅ結晶にそれぞ
れ電子線照射をおこない、蒸発により発生させる。一
方、Ｃの分子線は、例えば、グラファイトフィラメント
を通電加熱し、蒸発により発生させる。このような固体
ソースＭＢＥ法によると、低温でもＳｉ1-x-y ＧｅxＣy
層を成長させることができるという利点がある。
【００５５】次に、図５（ｃ）に示す工程で、ＳｉとＧ
ｅとＣとの分子線の供給を停止した後の基板上に、原子
状水素を暴露する。原子状水素は、例えば、ヘリコン波
プラズマ方式を用いたラジカルセルを使って発生させ
る。ここで、原子状水素を基板上に暴露することによ
り、結晶が成長している最表面の原子のうち水素が付着
している原子の割合は高くなる。その結果、従来の製造
方法よりも多くのＧｅ原子が下層のＳｉと入れ替わる。
ｅとＣとの分子線の供給を停止した後の基板上に、原子
状水素を暴露する。原子状水素は、例えば、ヘリコン波
プラズマ方式を用いたラジカルセルを使って発生させ
る。ここで、原子状水素を基板上に暴露することによ
り、結晶が成長している最表面の原子のうち水素が付着
している原子の割合は高くなる。その結果、従来の製造
方法よりも多くのＧｅ原子が下層のＳｉと入れ替わる。
【００５６】その後、図５（ｄ）に示す工程で、基板上
へのＳｉ，Ｇｅ，Ｃの分子線の供給と、原子状水素の供
給とを、所定の膜厚が得られるまで繰り返す。
へのＳｉ，Ｇｅ，Ｃの分子線の供給と、原子状水素の供
給とを、所定の膜厚が得られるまで繰り返す。
【００５７】以上の工程により、本実施形態では、従来
の製造方法と比較して、結晶成長が起こっている基板の
最表面の原子のうちＧｅ原子の占める割合が減少し、逆
にＳｉ原子の占める割合が増加するため、Ｃ原子が結晶
の格子位置に入りやすくなる。その結果、Ｓｉ1-x-yＧ
ｅxＣy 層における格子位置Ｃの割合を増加させること
ができる。
の製造方法と比較して、結晶成長が起こっている基板の
最表面の原子のうちＧｅ原子の占める割合が減少し、逆
にＳｉ原子の占める割合が増加するため、Ｃ原子が結晶
の格子位置に入りやすくなる。その結果、Ｓｉ1-x-yＧ
ｅxＣy 層における格子位置Ｃの割合を増加させること
ができる。
【００５８】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態に係る半導体結晶膜の製造方法について説明す
る。
実施形態に係る半導体結晶膜の製造方法について説明す
る。
【００５９】本実施形態では、Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層を
成長させる際の基板最表面に存在する原子のうち、Ｇｅ
原子の占める割合を低下させる方法として、固体ソース
ＭＢＥ法を用い、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃの分子線と原子状水素
とを同時に供給してＳｉ1-x- yＧｅxＣy 層を成長させる
方法を用いる。
成長させる際の基板最表面に存在する原子のうち、Ｇｅ
原子の占める割合を低下させる方法として、固体ソース
ＭＢＥ法を用い、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃの分子線と原子状水素
とを同時に供給してＳｉ1-x- yＧｅxＣy 層を成長させる
方法を用いる。
【００６０】まず、第１の実施形態で述べた工程と同様
の工程で、Ｓｉ基板に洗浄処理を含む前処理を施したの
ち、Ｓｉ基板を超高真空中で加熱して清浄なＳｉ基板表
面を露出させる。
の工程で、Ｓｉ基板に洗浄処理を含む前処理を施したの
ち、Ｓｉ基板を超高真空中で加熱して清浄なＳｉ基板表
面を露出させる。
【００６１】次に、基板の温度を、例えば４００℃程度
の温度まで低下させた状態で、基板上にＳｉ，Ｇｅおよ
びＣの分子線と、原子状水素を同時に基板上に暴露し
て、１原子層程度のＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を成長させ
る。この時、Ｓｉの分子線とＧｅの分子線とは、例え
ば、それぞれＳｉ結晶とＧｅ結晶にそれぞれ電子線照射
をおこない、蒸発により発生させる。一方、Ｃの分子線
は、例えば、グラファイトフィラメントを通電加熱し、
蒸発により発生させる。また、原子状水素は、例えば、
ヘリコン波プラズマ方式を用いたラジカルセルを使って
発生させる。このようにＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を成長さ
せると、結晶が成長している最表面には、常に原子状水
素が供給されるため、結晶が成長している最表面の原子
のうち水素が付着している原子の割合を高く保つことが
できる。その結果、従来の製造方法よりも多くのＧｅ原
子が下層のＳｉと入れ替わることができる。
の温度まで低下させた状態で、基板上にＳｉ，Ｇｅおよ
びＣの分子線と、原子状水素を同時に基板上に暴露し
て、１原子層程度のＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を成長させ
る。この時、Ｓｉの分子線とＧｅの分子線とは、例え
ば、それぞれＳｉ結晶とＧｅ結晶にそれぞれ電子線照射
をおこない、蒸発により発生させる。一方、Ｃの分子線
は、例えば、グラファイトフィラメントを通電加熱し、
蒸発により発生させる。また、原子状水素は、例えば、
ヘリコン波プラズマ方式を用いたラジカルセルを使って
発生させる。このようにＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を成長さ
せると、結晶が成長している最表面には、常に原子状水
素が供給されるため、結晶が成長している最表面の原子
のうち水素が付着している原子の割合を高く保つことが
できる。その結果、従来の製造方法よりも多くのＧｅ原
子が下層のＳｉと入れ替わることができる。
【００６２】その後、基板上へのＳｉ，Ｇｅ，Ｃの分子
線と原子状水素との同時供給を、所定の膜厚が得られる
まで行う。
線と原子状水素との同時供給を、所定の膜厚が得られる
まで行う。
【００６３】以上の工程により、本実施形態では、従来
の製造方法と比較して、結晶成長が起こっている基板の
最表面の原子のうちＧｅ原子の占める割合が減少し、逆
にＳｉ原子の占める割合が増加するため、Ｃ原子が結晶
の格子位置に入りやすくなる。その結果、Ｓｉ1-x-yＧ
ｅxＣy 層における格子位置Ｃの割合を増加させること
ができる。
の製造方法と比較して、結晶成長が起こっている基板の
最表面の原子のうちＧｅ原子の占める割合が減少し、逆
にＳｉ原子の占める割合が増加するため、Ｃ原子が結晶
の格子位置に入りやすくなる。その結果、Ｓｉ1-x-yＧ
ｅxＣy 層における格子位置Ｃの割合を増加させること
ができる。
【００６４】（その他の実施形態）第１および第２の実
施形態において、結晶を成長させる方法としてＵＨＶ−
ＣＶＤ法を用いたが、本発明では、ＬＰ−ＣＶＤ法な
ど，他のＣＶＤ法を用いてもよく、原料ガスの分圧を低
く抑えるガスソースのＭＢＥ法を用いてもよい。
施形態において、結晶を成長させる方法としてＵＨＶ−
ＣＶＤ法を用いたが、本発明では、ＬＰ−ＣＶＤ法な
ど，他のＣＶＤ法を用いてもよく、原料ガスの分圧を低
く抑えるガスソースのＭＢＥ法を用いてもよい。
【００６５】また、第１および第２の実施形態におい
て、原料ガスとして上記のＳｉ2Ｈ6を用いたが、本発明
では、替わりにＳｉＨ4，ＳｉＨ2Ｃｌ2，Ｓｉ3Ｈ8 を用
いてもよい。
て、原料ガスとして上記のＳｉ2Ｈ6を用いたが、本発明
では、替わりにＳｉＨ4，ＳｉＨ2Ｃｌ2，Ｓｉ3Ｈ8 を用
いてもよい。
【００６６】第３及び第４の実施形態では、Ｓｉ及びＧ
ｅの分子線を発生させるために電子線を照射する方法を
用いたが、ヒーターでるつぼを加熱する方式を用いても
よい。
ｅの分子線を発生させるために電子線を照射する方法を
用いたが、ヒーターでるつぼを加熱する方式を用いても
よい。
【００６７】また、第１〜第４の実施形態において原子
状水素を供給するまでに成長させるＳｉ1-x-yＧｅxＣy
層は、少なくとも１原子層であればよいと述べたよう
に、本発明においては、少なくとも１原子層であればよ
く、数原子層でもよい。つまり、数原子層を成長させる
過程と、原子状水素で覆う過程とを交互に繰り返しても
良い。
状水素を供給するまでに成長させるＳｉ1-x-yＧｅxＣy
層は、少なくとも１原子層であればよいと述べたよう
に、本発明においては、少なくとも１原子層であればよ
く、数原子層でもよい。つまり、数原子層を成長させる
過程と、原子状水素で覆う過程とを交互に繰り返しても
良い。
【００６８】さらに、第１〜第４の実施形態では、Ｓｉ
基板上に直接Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層を成長する場合につ
いて述べたが、本発明では、Ｓｉ基板とＳｉ1-x-yＧｅx
Ｃy層との間に、ＳｉやＳｉ1-x Ｇｅx からなるバッフ
ァ層を介在させてもよい。
基板上に直接Ｓｉ1-x-yＧｅxＣy 層を成長する場合につ
いて述べたが、本発明では、Ｓｉ基板とＳｉ1-x-yＧｅx
Ｃy層との間に、ＳｉやＳｉ1-x Ｇｅx からなるバッフ
ァ層を介在させてもよい。
【００６９】また、第１〜第４の実施形態では、原子状
水素を発生させる方法としてヘリコン波プラズマ方式を
用いたラジカルセルを使用する方法について述べたが、
本発明では、フィラメント加熱による熱分解を用いても
よい。
水素を発生させる方法としてヘリコン波プラズマ方式を
用いたラジカルセルを使用する方法について述べたが、
本発明では、フィラメント加熱による熱分解を用いても
よい。
【００７０】また、第１〜第４の実施形態では、原子状
水素を暴露してから基板温度を保持することにより、原
子状水素の付着したＧｅと、その下層に位置するＳｉと
が入れ替わると述べた。しかし、本発明においては、原
子状水素を暴露する時点と上述の入れ替わりの時点とが
明確に区別されなくてもよい。
水素を暴露してから基板温度を保持することにより、原
子状水素の付着したＧｅと、その下層に位置するＳｉと
が入れ替わると述べた。しかし、本発明においては、原
子状水素を暴露する時点と上述の入れ替わりの時点とが
明確に区別されなくてもよい。
【００７１】また、第１〜第４の実施形態においては、
Ｓｉ層の上にＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を成長させる場合に
ついて述べたが、本発明においては、Ｓｉ1-xＧｅx層な
どのＳｉ層以外の層の上に成長させてもよい。
Ｓｉ層の上にＳｉ1-x-yＧｅxＣy 層を成長させる場合に
ついて述べたが、本発明においては、Ｓｉ1-xＧｅx層な
どのＳｉ層以外の層の上に成長させてもよい。
【００７２】また、第１および第３の実施形態において
は、結晶成長装置の外で水素分子を分解して原子状水素
とする場合について述べたが、本発明においては、結晶
成長装置内で水素分子を分解して原子状水素を供給して
もよい。例えば、第１の実施形態では、図２（ｂ）に示
す工程でＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の原料ガスの供給を止
めた後、図２（ｃ）に示す工程で、装置内でフィラメン
ト等を用いて水素分子を分解することにより原子状水素
を発生させてもよい。
は、結晶成長装置の外で水素分子を分解して原子状水素
とする場合について述べたが、本発明においては、結晶
成長装置内で水素分子を分解して原子状水素を供給して
もよい。例えば、第１の実施形態では、図２（ｂ）に示
す工程でＳｉ1-x-yＧｅxＣy 結晶の原料ガスの供給を止
めた後、図２（ｃ）に示す工程で、装置内でフィラメン
ト等を用いて水素分子を分解することにより原子状水素
を発生させてもよい。
【００７３】なお、本発明を実施する条件は、第１〜第
４の実施形態で述べた条件（例えば、ガス種、圧力、温
度など）に限られるものではない。
４の実施形態で述べた条件（例えば、ガス種、圧力、温
度など）に限られるものではない。
【００７４】
【発明の効果】本発明によれば、高いＧｅ含有率を有し
ながら格子位置Ｃを高い割合で含有するＳｉ1-x-yＧｅx
Ｃy 層の製造が可能になる。
ながら格子位置Ｃを高い割合で含有するＳｉ1-x-yＧｅx
Ｃy 層の製造が可能になる。
【図１】 従来の製造方法によって作成したＳｉ1-x-y
ＧｅxＣy 層における格子位置に入ることのできるＣ含
有率の最大値を縦軸に、Ｇｅ含有率を横軸にプロットし
たグラフである。
ＧｅxＣy 層における格子位置に入ることのできるＣ含
有率の最大値を縦軸に、Ｇｅ含有率を横軸にプロットし
たグラフである。
【図２】 （ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に係る半
導体結晶膜の製造工程を示した断面図である。
導体結晶膜の製造工程を示した断面図である。
【図３】 （ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る半
導体結晶膜の製造工程のうち、基板上に原子状水素を暴
露する前後の工程を示した断面図である。
導体結晶膜の製造工程のうち、基板上に原子状水素を暴
露する前後の工程を示した断面図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態に係る半
導体結晶膜の製造工程を示した断面図である。
導体結晶膜の製造工程を示した断面図である。
【図５】 （ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態に係る半
導体結晶膜の製造方法を示した断面図である。
導体結晶膜の製造方法を示した断面図である。
１１ Ｓｉ基板
１２ Ｓｉ原子
１３ Ｈ原子
１４ Ｃ原子
１５ Ｇｅ原子
１６ Ｓｉ原子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 齋藤 徹
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 久保 実
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA10 BE05 DA09 DB04
EA02 EF04 HA06 TA04 TA07
TB02
5F045 AA07 AA15 AA18 AB01 AC01
AC05 AC08 AD08 AD12 AE03
AF03 BB04
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上に、少なくとも１原子層のＳｉ，
ＧｅおよびＣを含有する結晶層をエピタキシャル成長さ
せる過程と、 上記Ｓｉ，ＧｅおよびＣを含有する結晶層の上の少なく
とも一部を、原子状水素によって覆う過程とを含むこと
を特徴とする半導体結晶膜の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体結晶膜の製造方
法において、 シリコン（Ｓｉ）を含有する原料ガスと，ゲルマニウム
（Ｇｅ）を含有する原料ガスと，炭素（Ｃ）を含有する
原料ガスとを熱分解することにより、上記Ｓｉ，Ｇｅお
よびＣを含有する結晶層を形成することを特徴とする半
導体結晶膜の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の半導体結晶膜の製造方
法において、 固体のＳｉ，固体のＧｅ及び固体のＣの蒸発により発生
するＳｉの分子線，Ｇｅの分子線及びＣの分子線を上記
基板上に照射することにより、上記Ｓｉ，ＧｅおよびＣ
を含有する結晶層を形成することを特徴とする半導体結
晶膜の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載
の半導体結晶膜の製造方法において、 上記基板上に、少なくとも１原子層の上記Ｓｉ，Ｇｅお
よびＣを含有する結晶層をエピタキシャル成長させる過
程の後に、上記Ｓｉ，ＧｅおよびＣを含有する結晶層の
上の少なくとも一部を、原子状水素によって覆う過程を
行い、その後、少なくとも１原子層のＳｉ，Ｇｅおよび
Ｃを含有する結晶層をエピタキシャル成長させる過程を
さらに含むことを特徴とする半導体結晶膜の製造方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の半導体結晶膜の製造方
法において、 少なくとも１原子層のＳｉ，ＧｅおよびＣを含有する結
晶層のエピタキシャル成長させる過程と、原子状水素の
供給を行なう過程とを交互に繰り返すことを特徴とする
半導体結晶膜の製造方法。 - 【請求項６】 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載
の半導体結晶膜の製造方法において、 原子状水素の供給は、少なくとも１原子層の上記Ｓｉ，
ＧｅおよびＣを含有する結晶層のエピタキシャル成長と
同時に行うことを繰り返すことを特徴とする半導体結晶
膜の製造方法。 - 【請求項７】 請求項２に記載の半導体結晶膜の製造方
法において、 上記シリコン（Ｓｉ）を含有する上記原料ガスとして、
モノシラン（ＳｉＨ4），ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6 ），ジク
ロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2 ）あるいはトリシラン（Ｓ
ｉ3Ｈ8）のいずれかを用い、上記ゲルマニウム（Ｇｅ）
を含有する上記原料ガスとしてゲルマン（ＧｅＨ4 ）を
用い、上記炭素（Ｃ）を含有する上記原料ガスとしてモ
ノメチルシラン（ＳｉＨ3ＣＨ3）を用いることを特徴と
する半導体結晶膜の製造方法。 - 【請求項８】 請求項１〜７に記載の半導体結晶膜の製
造方法において、 上記原子状水素は、プラズマあるいはフィラメントを用
いて発生させることを特徴とする半導体結晶膜の製造方
法。 【発明の属する技術分野】本発明は、Ｓｉ，Ｇｅおよび
Ｃを含有する結晶膜を有する半導体結晶膜の製造方法に
関する。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002169672A JP3461819B2 (ja) | 2001-06-14 | 2002-06-11 | 半導体結晶膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001179586 | 2001-06-14 | ||
| JP2001-179586 | 2001-06-14 | ||
| JP2002169672A JP3461819B2 (ja) | 2001-06-14 | 2002-06-11 | 半導体結晶膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003068663A true JP2003068663A (ja) | 2003-03-07 |
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|---|---|---|---|
| JP2002169672A Expired - Fee Related JP3461819B2 (ja) | 2001-06-14 | 2002-06-11 | 半導体結晶膜の製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3461819B2 (ja) |
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